单晶硅、多晶硅、有机硅

1、硅是地壳中赋存最高的固态元素，其含量为地壳的四分之一，但在自然界不存在单 体硅，多呈氧化物或硅酸盐状态。硅的原子价主要为4价，其次为2价；在常温下 它的化学性质稳定，不溶于单一的强酸，易溶于碱；在高温下化学性质活泼，能与 许多元素化合。硅材料资源丰富，又是无毒的单质半导体材料，较易制作大直径无位错低微缺陷 单晶。晶体力学性能优越，易于实现产业化，仍将成为半导体的主体材料。多晶硅材料是以工业硅为原料经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的电 子材料，是硅产品产业链中的一个极为重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳能 电池及高纯硅制品的主要原料，是信息产业和新能源产业最基础的原材料。硅 硅gi】I

2、 （台湾、香港称矽xl）是一种化学元素，它的化学符号是Si,旧称矽。原子序数14,相对原子质量28.09,有无定形和晶体两种同素界形体，同素界形体 有无定形硅和结品硅。属于元素周期表上IVA族的类金属元素。晶体结构：晶胞为而心立方晶胞。硅（矽）原子体积丄立方厘米/摩尔）12.1元索在太阳中的含量【（ppm）900元索在海水中的含量Xppm）太平洋表而0.03地壳中含量：（ppm）277100氧化态：Main Si+2, Si+4Other化学键能：（kJ/mol）Si-H 326Si-C 301Si-0 486Si-F 582Si-Cl 391Si-Si 226热导率：W/(mK)149晶胞参

3、数：a = 543.09 pmb = 543.09 pmc = 543.09 pma = 90p = 90y = 90莫氏硬度：6.5声音在其中的传播速率：(m/S)8433电离能(kJ/ mol)M-M+786.5M十-M2 十 1577.1M2+ - M34- 3231.4M3+ - M4+ 4355.5M4+ - M5-+- 16091M5 十-M6 十 19784M6+ - M7+ 23786M7+ - M8+ 29252M8+ - M9+ 33876M9+-M10+38732晶体硅为钢灰色，无定形硅为黑色，密度2.4克/立方厘米，熔点1420C，沸点2355C,晶体硅属于原子晶体，硬

4、而有光泽，有半导体性质。硅的化学性质比较活 泼，在高温下能与氧气等多种元素化合，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和碱 液，用于造制合金如硅铁、硅钢等，单晶硅是一种重要的半导体材料，用于制造大 功率晶体管、整流器、太阳能电池等。硅在自然界分布极广，地壳中约含27.6%,结晶型的硅是暗黑蓝色的，很脆，是典型的半导体。化学性质非常稳定。在常温 下，除氟化氢以外，很难与其他物丿页发生反应。硅的用途：高纯的单品硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形 成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型和p型半导体结合在一起， 就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。在开发能源方而是一

5、种很有前途的材 料。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路(包括我们计算机内 的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合 材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和陶瓷的各自的优点，又弥补 了两者的先天缺陷。可应用于军事武器的制造第一架航天飞机“哥伦比亚号”能 抵挡住高速穿行稠密大气时摩擦产生的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外 壳。光导纤维通信，最新的现代通信手段。用纯二氧化硅拉制岀高透明度的玻璃纤 维，激光在玻璃纤维的通路里，无数次的全反射向前传输，代替了笨重的电缆。光 纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃

6、纤维，可以同时传输256路电话，它还不 受电、磁干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。光纤通信将会使21世纪人类的生 活发生革命性巨变。性能优并的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁 道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表，涂一 层薄薄的有机硅塑料，可以防止青苔滋生，抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的 人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表而的，因此永远洁白、清新。有机硅化合物，是指含有S1-0键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化 合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当 作有机硅化合物。其中，以硅氧键(-

7、S1-0-S1-)为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅 化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。有机硅材料具有独特的结构：（1）S1原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来；（2）C-H无极性，使分子间相互作用力十分微弱：（3）S1-0键长较长，Si-0-Si键键角大。（4）S1-0键是具有50%离子键特征的共价键（共价键具有方向性，离子键无方 向性）。由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表而张力低、 粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、 耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优界特

8、 性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医 疗等行业，其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表而活性、脱模、消 泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长，应用领 域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多品种是其他化学品 无法替代而又必不可少的。有机硅材料按其形态的不同，可分为：硅烷偶联剂（有机硅化学试剂）、硅油（硅脂、硅乳液、硅表而活性剂）、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂、复合 物等。发现1822年，瑞典化学家贝采里乌斯用金属钾还原四氟化硅，得到了单质硅。名称由来源自英文silica,意为“硅石” 分布硅主要以化

9、合物的形式，作为仅次于氧的最丰富的元素存在于地壳中，约占地表岩 石的四分之一，广泛存在于硅酸盐和硅石中。制备工业上，通常是在电炉中由碳还原二氧化硅而制得。化学反应方程式：S1O2 十 2C - Si 十 2CO这样制得的硅纯度为9798%，叫做金属硅。再将它融化后重结晶，用酸除去杂 质，得到纯度为99.799.8%的金属硅。如要将它做成半导体用硅，还要将其转化 成易于提纯的液体或气体形式，再经蒸僧、分解过程得到多晶硅。如需得到高纯度 的硅，则需要进行进一步的提纯处理。同位素己发现的硅的同位素共有12种，包括硅25至硅36,其中只有硅28,硅29,硅 30是稳定的，其他同位素都带有放射性。用途硅

10、是一种半导体材料，可用于制作半导体器件和集成电路。还可以合金的形式使 用（如硅铁合金），用于汽车和机械配件。也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中。还可 用于制造玻璃、混凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。元素周期表总体特性名称符号序号系列族周期元素分区密度硬度颜色和外表地壳含量硅Si 14类金属14族（IVA） 3 p 2330千克/立方米6.5深灰色、带蓝色调25.7%原子属性原子量原子半径共价半径范德华半径价电子排布电子在每能级的排布氧化价（氧化物）晶体结构28.08551】（计算值）110 （11 l）pm 111pm210pm Ne3s23p22, 8, 44 （两性的） 金刚石晶格物理属性物

11、质状态熔点沸点摩尔体积汽化热熔化热蒸气压声速固态 1687 K （1414 0 C） 3173 K （2900 C） 12.06X 10-6m3/mol 384.22 kJ/mol50.55 kJ/mol 4.77 帕（1683K）无数据其他性质电负性比热电导率热导率第一电离能第二电离能第三电离能第四电离能1.90 （鲍林标度）700 J/（kg K） 2.52 X 10-4 /（米欧姆）148 W/（m K） 786.5 kJ/mol1577.1 kJ/mol 3231.6 kJ/mol 4355.5kJ/mol第五电离能第六电离能第七电离能第八电离能第九电离能第十电离能16091 kJ/m

12、ol 19805 kJ/mol 23780 kJ/mol 29287 kJ/mol 33878 kJ/mol 38726 kJ/mol最稳定的同位素同位素丰度半衰期衰变模式衰变能量(MeV)衰变产物28S1 92.23% 稳定29S14.67% 稳定30S13.10% 稳定32S1 人造 276 年 B 衰变 0.224 32P29S1核自旋1/2元索名称：硅元素原子量:28.09元索类型：非金属发现人：贝采利乌斯发现年代：1823年发现过程：1823年，瑞典的贝采利乌斯，用氟化硅或氛硅酸钾与钾共热，得到粉状硅。元索描述：由无定型和品体两种同索界形体。具有明显的金属光泽，呈灰色，密度2.32-

13、2.34 克/厘米3,熔点1410C，沸点2355C,具有金刚石的晶体结构，电离能&151电 子伏特。加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用，也能同某些金属如Mg、 Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不溶于一般无机酸中，可溶于碱溶液中，并有 氢气放出，形成相应的碱金属硅酸盐溶液，于赤热温度下，与水蒸气能发生作用。 硅在自然界分布很广，在地壳中的原子百分含量为16.7%。是组成岩石矿物的一个 基本元索，以石英砂和硅酸盐岀现。元索来源：用镁还原二氧化硅可得无定形硅。用碳在电炉中还原二氧化硅可得品体硅。电子 工业中用的高纯硅则是用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅而制得。元索用途：用于制造高硅铸铁、硅钢

14、等合金，有机硅化合物和四氯化硅等，是一种重要的半 导体材料，掺有微量杂质得硅单晶可用来制造大功率的晶体管，整流器和太阳能电 池等。元索辅助资料：硅在地壳中的含量是除氧外最多的元索。如果说碳是组成一切有机生命的基础， 那么硅对于地壳来说，占有同样的位置，因为地壳的主要部分都是由含硅的岩石层 构成的。这些岩石几乎全部是由硅石和各种硅酸盐组成。长石、云母、黏土、橄榄石、角闪石等等都是硅酸盐类；水晶、玛瑙、碧石、蛋 白石、石英、砂子以及燧石等等都是硅石。但是，硅与氧、碳不同，在自然界中没 有单质状态存在。这就注定它的发现比碳和氧晚。拉瓦锡曾把硅土当成不可分割的物质一一元素。1823年，贝齐里乌斯将氟硅

15、酸钾（K2S1F6）与过量金属钾共热制得无定形硅。尽 管之前也有不少科学家也制得过无定形硅，但直到贝齐里乌斯将制得的硅在氧气中 燃烧，生成二氧化硅硅土，硅才被确定为一种元素。硅被命名为S111C1U111,元索符号是Slo硅是一种半导体材料，可用于制作半导体器件和集成电路。还可以合金的形式使 用（如硅铁合金），用于汽车和机械配件。也与陶瓷材料一起用于金属陶瓷中。还可 用于制造玻璃、混凝土、砖、耐火材料、硅氧烷、硅烷。造房子用的砖、瓦、砂石、水泥、玻璃，吃饭，喝水用的瓷碗、水杯，洗脸间的 洁具，它们看上去截然不同，其实主要成分都是硅的化合物。虽然人们早在远古时 代便使用硅的化合物粘土制造陶器。但

16、直到1823年，瑞典化学家贝采利乌斯才首 次分离出硅元素，并将硅在氧气中燃烧生成二氧化硅，确定硅为一种元素。中国曾 称它为矽，因矽和锡同音，难于分辨，故于1953年将矽改称为硅。硅是一种非金 属元素，化学符号是Si。它是构成矿物与岩石的主要元素。在自然界硅无游离状 态，都存在于化合物中。硅的化合物主要是二氧化硅（硅石）和硅酸盐。例如，花 岗岩是由石英、长石、云母混合组成的，石英即是二氧化硅的一种形式，长石和云 母是硅酸盐。砂子和砂岩是不纯硅石的变体，是天然硅酸盐岩石风化后的产物。硅 约占地壳总重量的27.72%,其丰度仅次于氧。硅是非金属元索，有无定形和晶体两种同索界形体，晶体硅具有金属光泽和

17、某些 金属特性，因此常被称为准金属元素。硅是一种重要的半导体材料，掺微量杂质的 硅单晶可用来制造大功率晶体管、整流器和太阳能电池等。二氧化硅(硅石)是最 普遍的化合物，在自然界中分布极广，构成各种矿物和岩石。最重要的晶体硅石是 石英。大而透明的石英品体叫水晶，黑色几乎不透明的石英晶体叫墨晶。石英的硬 度为7。石英玻璃能透过紫外线，可以用来制造汞蒸气紫外光灯和光学仪器。自然 界中还有无定形的硅，叫做硅藻土，常用作甘油炸药(硝化甘油)的吸附体，也可 作绝热、隔音材料。普通的砂子是制造玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等的原料。硅 酸干燥脱水后的产物为硅胶，它有很强的吸附能力，能吸收各种气体，因此常用来 作

18、吸附剂、干燥剂和部分催化剂的载体这就是硅。编辑本段缺乏症饲料中缺少硅可使动物生长迟缓。动物试验结果显示，喂饲致动脉硬化饮料的同 时补充硅，有利于保护动物的主动脉的结构。另外，己确定血管壁中硅含量与人和 动物粥样硬化程度呈反比。在心血管疾病长期发病率相差两部的人群中，其饮用水 中硅的含量也相差约两倍，饮用水硅含量高的人群患病较少。并且他己知的危险因 索都不能充分解释这种不同常用方程式Si 十 20H-十 H20 = S1O32-十 2H2 tS102 十 20H- = S1O32-十 H20S1O32-十 2NH4+ 十 H20 = H4S1O4 I 十 2NH3 tS1O32-十 C02 十

19、2H2O = H4S1O4 I 十 CO32-S1O32-十 2H十十 H20 = H4S1O4 I3S1O32- + 2Fe3十=Fe2(SiO3)3 I3S1O32- + 2A13+ = A12(SiO3)3 I单品硅中文别名：硅单晶英文名：Monociystalluie silicon分子式：Si分子量：28.086CAS 号：7440-21-3硅是地球上储藏最丰富的材料之一，从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特 性后，它几乎改变了一切，其至人类的思维。直到上世纪60年代开始，硅材料就 取代了原有错材料。硅材料一一因其具有耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作 大功率器件的特性而成为应

20、用最多的一种半导体材料，目前的集成电路半导体器件 大多数是用硅材料制造的。硅的单晶体。具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是 一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999%,其至达到99.9999999%以上。用 于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。单晶硅熔融的单质硅在凝固时硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶 核长成晶而取向相同的品粒，则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。单晶硅具 有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的 半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体。在超纯单晶硅中掺入微量的I【A族元素， 如硼可提高其导电的程度，而形成p型硅半导体；如掺入微量的VA族元索，如磷 或fi申也可提高导电程度，形成11型硅半导体。单晶硅的制法通常是先制得多